De la visualisation directe de traitements à l'évaluation fonctionnelle du muscle strié squelettique : une approche intégrative par RMN in vivo
Institution:
Paris 11Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
This work deals with the development of non-invasive NMR tools at 4T dedicated to the study of skeletal muscle function and therapies. The first part includes a review of cell therapy imaging technics. We explored the possibility of using direct loading with MR contrast agents: gadolinium chelates (Gd-DTPA) and iron oxide particles (SPIOs). A xenograft model was used to take advantage of the rapid rejection process. In this way, we evaluated the capacity of each agent to strictly reflect the status of the graft in vivo. Loaded human myoblasts were injected in the leg of immunocompetent mice and Tl weighted imaging was regularly performed until 3 months after injection. Results showed that SPIOs could dramatically overestimate cell surviving while Gd-DTPA was visible only few weeks after cells rejection. We concluded that SPIOs could hardly be recommended for long-term monitoring studies. The second part describes the classic NMR tools for perfusion and energy metabolism measurement. We compared one-compartment and two- compartment models for the calculation of perfusion. In a simulation study, we tested the validity of the one compartment model at 4T in our experimental conditions. In the third part, we proposed a new method to explore both perfusion and energy metabolism in vivo in exercising mouse leg. ³¹P-NMR spectroscopy and ASL-perfusion imaging were interleaved so that in a single exam both vascular and energetic responses were obtained. The strategy we use dis based on the repetition of several successive exercises and the gated summation of results. Improved coefficients of variation allowed for a better estimate of mitochondrial oxidative capacities. We then used our method to investigate perfusion and metabolism changes in different models of muscle hypertrophy: myostatin knock-out and myostatin blockade using follistatin coding plasmid electrotransfer.
Abstract FR:
Les travaux effectués au cours de ce doctorat ont porté sur le développement d'outils d'exploration atraumatique par résonance magnétique nucléaire (RMN) à 4 Tesla, pour l'étude du muscle strié squelettique, de sa fonction et de ses thérapies. Dans la première partie du travail nous abordons l'imagerie de la thérapie cellulaire. Nous avons étudié le marquage cellulaire par charge directe non spécifique avec deux agents de contraste RMN : un chélate de Gadolinium et un agent superparamagnétique. A l'aide d'un modèle de xénogreffe de myoblastes humains dans la patte de souris immunocompétentes, nous avons pu mettre en évidence la persistance d'un signal non spécifique des superparamagnétiques jusqu'à trois mois au-delà du rejet du greffon cellulaire dans notre modèle. Cette modalité, qui est la plus utilisée dans la littérature, est donc inappropriée pour le suivi à long terme de la thérapie cellulaire. La deuxième partie présente différents outils d'exploration fonctionnelle par RMN. La spectroscopie dynamique du phosphore 31 (31P) permet l'estimation des capacités oxydatives mitochondriales in vivo à l'exercice. Par ailleurs, l'imagerie combinée au marquage magnétique des spins de l'eau artérielle (ASL) permet la mesure quantitative de la perfusion tissulaire. Une étude théorique des modèles à 1 et 2 compartiments pour le calcul de la perfusion a permis de valider l'utilisation du modèle à 1 compartiment dans nos conditions expérimentales. Dans ce travail de thèse, nous avons mis au point un protocole d'exploration multiparamétrique fonctionnelle (mpf) du muscle à l'exercice électrostimulé adapté aux modèles murins et permettant l'entrelaçage des séquences de spectroscopie du 31P et d'imagerie ASL. Nous présentons les adaptations de l'instrumentation et des séquences et nous proposons un protocole de répétition d'exercices et la sommation des résultats successifs pour pallier le manque de signal 31 P inhérent à la taille de l'animal. Les résultats montrent l'établissement d'un état d'équilibre dans la réponse à l'exercice et autorisent la sommation des résultats au-delà des deux premiers exercices. Enfin, dans la dernière partie, la méthodologie mpf est appliquée à l'étude des relations entre l'apport perfusionnel et le métabolisme énergétique à l'exercice dans deux modèles d'hypertrophie musculaire, constitutive (knock-out pour la myostatine, mstn-/-) ou induite par électrotransfert du gène de la follistatine, inhibiteur de la myostatine.